(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開先部にて、第１の被溶接材の端面に裏当金の端面の一部を当接させ、第２の被溶接材の下面に前記裏当金の上面を当接させて、前記開先部をアーク溶接する溶接方法において、前記裏当金の端面が前記第１の被溶接材の端面に重なる領域の上下方向の寸法であるかかり量に応じて、前記かかり量が小さい方が溶着金属量が少なくなるように、溶接電流を低く設定し、且つ、溶接速度を、前記かかり量が小さい方が遅くなると共に、溶着金属量一定の場合に前述の低く設定された溶接電流に対する溶接速度よりも速く設定することを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
溶接ロボットによる自動溶接方法に適用され、前記かかり量は、入力動作又はセンシング動作により、溶接プログラムに設定されることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
溶接線の端部から５乃至３０ｍｍの部分を溶接始端部及び溶接終端部とし、その間の部分を本溶接部として、前記かかり量が６ｍｍ以下の場合に、前記溶接始端部の溶接電流を本溶接の溶接電流よりも５乃至２０Ａ高くすることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の溶接方法。
【請求項４】
溶接線の端部から５乃至３０ｍｍの部分を溶接始端部及び溶接終端部とし、その間の部分を本溶接部として、前記かかり量が６ｍｍ以下の場合に、前記溶接終端部の溶接電流を本溶接の溶接電流よりも５乃至２０Ａ低くすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築鉄骨の仕口溶接等に好適の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築鉄骨の仕口溶接においては、２０００年に建築基準法が改正され、組み立て形状に制約が生じた。この新基準においては、ダイアフラムに対してフランジがずれてはいけないということが要求される。このため、ダイアフラムとフランジの厚さは同一でもよいが、組立誤差及び溶接歪みの発生を考慮すると、図１０に示すように、ダイアフラム１と梁フランジ２とを仕口溶接する際に、ダイアフラム１の端面の板厚方向の範囲内に、梁フランジ２の全板厚が収まるように組み立てることが通常行われている。即ち、梁フランジ２の厚さは、必ず、ダイアフラムの厚さよりも小さくなる。このため、ダイアフラム１と梁フランジ２との端面により形成される開先の下部に配置される裏当金３は、その側面がダイアフラム１の端面に接触することになる。
【０００３】
そして、この裏当金３の側面とダイアフラム１の端面との板厚方向の接触長さが、「裏当金のかかり」といわれ、ダイアフラム１の上面と、梁フランジ２の上面との間の高低差が「食い違い」といわれる。つまり、ダイアフラム１の厚さから、梁フランジ２の厚さを差し引いたものが、「裏当金のかかり」と「食い違い」とを加算したものとなる。よって、仕口溶接において、ダイアフラム１と梁フランジ２との配置態様によっては、「食い違い」が大きく、「裏当金のかかり」が小さい場合と、逆に、「食い違い」が小さく、「裏当金のかかり」が大きい場合とが生じる。このため、「裏当金のかかり」が小さい場合に、裏当金３がダイアフラム１の端面にかからない事態、つまり、裏当金３がダイアフラム１の端面にかからない場合が生じやすく、溶接時に、裏当金３の側面がダイアフラム１の端面から外れ、裏当金３が抜け落ち（溶け落ち）てしまうという問題点がある。
【０００４】
特に、アーク溶接ロボットによる自動溶接（特許文献１参照）においては、裏当金３のダイアフラム１へのかかり具合とは無関係に、ルートギャップに応じて溶接条件を生成し、又は選択するため、かかりが浅い場合には、頻繁に裏当金の抜け落ち（溶け落ち）が発生するという問題点がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３２９６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、建築鉄骨の仕口溶接における新基準に適合させるために、裏当金のダイアフラムへのかかり具合が問題となってきたが、従来のアーク溶接方法、特に、溶接ロボットによる自動溶接においては、かかりが浅い場合の裏当金の抜け落ち（溶け落ち）を確実に防止することはできない。
【０００７】
このため、従来、溶接ロボットで溶接を行うために、裏当金の厚さを補うために、ロボットによる溶接の前に、作業員が補修溶接（補修溶接部４）を行う必要が生じ、作業時間が長くなると共に、コストが高くなるという問題点がある。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、一方の被溶接材の端面に裏当金の端面が重なり、他方の被溶接材の下面に裏当金の上面が重なるような開先形状の新基準の仕口溶接においても、裏当金の抜け落ち及び溶け落ちを確実に防止することができる溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る溶接方法は、開先部にて、第１の被溶接材の端面に裏当金の端面の一部を当接させ、第２の被溶接材の下面に前記裏当金の上面を当接させて、前記開先部をアーク溶接する溶接方法において、前記裏当金の端面が前記第１の被溶接材の端面に重なる領域の上下方向の寸法であるかかり量に応じて、前記かかり量が小さい方が溶着金属量が少なくなるように、溶接電流を低く設定し、且つ、溶接速度を、前記かかり量が小さい方が遅くなると共に、溶着金属量一定の場合に前述の低く設定された溶接電流に対する溶接速度よりも速く設定することを特徴とする。
【００１０】
この溶接方法は、例えば、溶接ロボットによる自動溶接方法に適用され、前記かかり量は、入力動作又はセンシング動作により、溶接プログラムに設定されるものである。
【００１２】
そして、溶接線の端部から５乃至３０ｍｍの部分を溶接始端部及び溶接終端部とし、その間の部分を本溶接部として、前記かかり量が６ｍｍ以下の場合に、前記溶接始端部の溶接電流を本溶接の溶接電流よりも５乃至２０Ａ高くすることが好ましい。
【００１３】
また、溶接線の端部から５乃至３０ｍｍの部分を溶接始端部及び溶接終端部とし、その間の部分を本溶接部として、前記かかり量が６ｍｍ以下の場合に、前記溶接終端部の溶接電流を本溶接の溶接電流よりも５乃至２０Ａ低くすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、裏当金のかかり量が小さい場合に、例えば、溶接電流が小さくなるように、又は溶接速度が速くなるようにして、溶接部に印加されるエネルギが小さくなるようにし、かかり量に応じて、溶接条件を調整するので、かかり量が小さい場合にも裏当金が抜け落ちたり、溶け落ちたりすることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施形態に係る溶接方法を示す断面図である。図２は、仕口の突き合わせ溶接部を示す模式図であり、図３は図１に示す裏当金の設置形態を示す斜視図である。図２に示すように、コラム柱は、ダイアフラム１に対して、高さが低いと共に、板厚が薄い梁フランジ２を突き合わせたものであり、ＳＲＣも同様に板厚が厚いダイアフラム１に対して板厚が薄い梁フランジ２を突き合わせたものである。
【００１６】
そして、例えば、図３に示すように、組立誤差及び溶接歪みを考慮しつつ、仕口溶接の新基準に適合するために、第１の被溶接材としてのダイアフラム１の板厚が第２の被溶接材としての梁フランジ２の板厚よりも大きくなるように設計されており、このダイアフラム１の側面に、裏当金３の端面の一部が当接して、この一部の領域でダイアフラム１の側面と裏当金３の端面とが重なり、この裏当金３の表面の一部が、梁フランジ２の下面に接触するように、裏当金３を配置する。この場合に、ダイアフラム１の板厚をｔ１、梁フランジ２の板厚をｔ２、裏当金３の端面とダイアフラム１の端面との間の接触領域の上下方向の長さであるかかり量をｘ、ダイアフラム１の上面と梁フランジ２の上面との間の高低差を食い違い量ｙとする。このとき、ｔ１＝ｔ２＋ｘ＋ｙである。
【００１７】
そして、自動アーク溶接ロボットにより、図１に示す開先を溶接する。図５は自動溶接装置の制御ブロック図である。溶接トーチ１１、ワイヤ送給装置１２及び溶接ロボット本体１３等の装置部１０に対し、溶接電源１４の送給モータ制御装置１５がワイヤ送給装置１２のワイヤ送給を制御する。また、センシング電圧印加装置１６が溶接ロボット本体１３にセンシング電圧を供給する。また、制御装置１７（ロボットコントローラ）は、演算装置１８，外部制御装置１９及び記憶装置２０を有し、溶接電源１４及び装置部１０を制御するようになっている。パーソナルコンピュータ（以下、パソコンという）２１から制御装置１７を制御する信号が制御装置１７に入力される。パソコン２１は、寸法データ入力インターフェイスを備え、データ生成演算処理及びデータ送受信処理を実行して、制御装置１７に信号を送受する。
【００１８】
次に、上述の自動アーク溶接ロボットを使用する本発明の実施形態について説明する。先ず、図４に示すように、ダイアフラム１と梁フランジ２との間の溶接部に、裏当金３を溶接により仮固定した仕口を、溶接ロボット本体１３の近傍の位置に配置する。
【００１９】
そして、パソコン２１からワーク寸法を入力する。このワーク寸法は、継手位置、ダイアフラム１の板厚、梁フランジ２の板厚、フランジ幅等である。その後、パソコン２１が、センシングデータの生成を開始し、得られたセンシングデータを制御装置１７に送信する。制御装置１７においては、溶接トーチ１１，ワイヤ送給装置１２及び溶接ロボット本体１３に対し、センシング動作を実行させ、継手位置を補正し、フランジ幅を補正し、ルートギャップをセンシングし、更に食い違い量ｙをセンシングする。このアーク溶接ロボットによる開先ルートギャップの検出方法としては、前述の特許文献１に記載された方法がある。具体的には、少なくとも一つの溶接継手形成部材表面からの設定開先深さに対して所定深さの検出開始位置を求めておき、この検出開始位置で開先幅方向の両開先面を検出し、この両開先面の検出位置データと、設定開先深さと検出開始位置との差と、予め設定されている開先面の角度とに基づいて、開先ルートギャップを求めるものである。
【００２０】
食い違い量ｙは、図４に示すように、ダイアフラム１の表面と、梁フランジ２の表面とをセンシングし、その表面位置の差から、算出することができる。
【００２１】
センシング動作を実行後、制御装置１７はパソコン２１に向けてセンシングデータを送信し、パソコン２１は、各センシングデータから、ルートギャップ、食い違い量ｙ及び裏当金３のかかり量ｘを算出する。かかり量ｘは、ダイアフラム１の板厚ｔ１と梁フランジ２の板厚ｔ２とがパソコン２１に入力されているので、食い違い量ｙの測定結果から、ｘ＝ｔ１−ｔ２−ｙとして算出することができる。パソコン２１に設定されたソフトウエアにより、この裏当金かかり量ｘに基づいて、予め用意した溶接条件データベースから、１パス目の溶接条件を算出する。この裏当金かかり量ｘにより決まる溶接条件が、基準ギャップにおける溶接条件である。なお、この溶接条件は、下記表１に示すような数点のポイント（かかり量）について、データとして保持されており、かかり量がこれらのポイント間の値であった場合には、これらの間に直線補間することにより算出することができる。この溶接条件とは、溶接電流、アーク電圧、溶接速度及び溶接ワイヤ送給量等である。そして、この基準ギャップでの溶接条件に対し、更に、実際のルートギャップでののど厚が前記基準ギャップでののど厚と同等となる溶接速度を算出する。また、パソコン２１は、センシングに基づいて動作軌跡も生成する。
【００２２】
その後、パソコン２１は動作軌跡と溶接条件とを制御装置１７に送信し、制御装置１７はこの動作軌跡及び溶接条件に基づいて、溶接を開始すべく、装置１０及び溶接電源１４を制御する。
【００２３】
溶接条件データベースから、裏当金のかかり量に基づく溶接条件を算出する方法としては、例えば、下記表１に示すように、裏当金のかかり量に依存する溶接条件データをデータベースに登録しておき、前述の如く、センシング動作により求めたかかり量に基づいて、表１から溶接条件を抽出する。
【００２４】
【表１】
0005188026.tif 000002
【００２５】
図６は表１における溶接電流と溶接速度を裏当金のかかり量に対してプロットした図である。この表１及び図６に示すデータベースから、裏当金かかり量に基づいて抽出された基準ルートギャップにおける溶接条件に対し、電流値に対するワイヤ送給量及び溶着効率等から、基準ギャップののど厚と同一ののど厚になる実際のギャップでの溶接速度を求め、これを実行用の溶接速度とする。
【００２６】
図８は、開先に供給された溶接金属の形状を模式的に示す斜視図である。Ｓ１及びＳ２は溶接金属の開先断面積を示す。表１から求めた基準ルートギャップはＧ１であり、実際のギャップはＧ２である。また、表１から求めた溶接速度はｖ１であり、これを基に算出される溶接速度はｖ２である。のど厚はいずれの溶接金属の場合もｈである。本実施形態においては、表１から求められた基準ギャップＧ１と実際のギャップＧ２とが異なる場合、表１から求めた溶接速度を、のど厚ｈが同一になるように変更する。即ち、Ｓ１×ｖ１＝Ｓ２×ｖ２となるように、ｖ２を算出し、このｖ２を実際の溶接速度とする。
【００２７】
上述の如く、本発明の実施形態に係る溶接方法においては、表１及び図６に示すように、裏当金３のかかり量ｘに応じて、溶接電流及び溶接速度等の溶接条件を決める。一例としては、のど厚を一定に保持することをせず、裏当金３のかかり量ｘが小さくなった場合には、図６及び表１に従って、溶接電流（ワイヤ送り速度）を低減し、溶接電流を低減しても、それに相当する溶接速度の減速は行わない。このため、溶接電流の低下により、単位溶接長あたりの溶着金属量は低下する。このように、溶接条件を設定して、ダイアフラム１と梁フランジ２との間の開先を初層溶接する。同一の開先（ルートギャップ及びのど厚が同一で、必要とする溶着金属の体積が同一）を溶接しようとするとき、通電チップから送給される溶接ワイヤの突き出し長さが一定の場合において、溶接電流はワイヤ送り速度の関数で表すことができ、溶接電流を上げると、ワイヤ送り速度も上がる。これに従って、体積一定の前提条件のときには、溶接電流と溶接速度との関係は、図７の■で示すようになる。これに対し、本発明においては、裏当金のかかり量が小さくなり、かかりが浅くなるに従って、溶け落ちが生じやすくなるときに、図７の◆で示すように、体積が一定のときと比べて、溶接速度を速くし、溶着金属の体積が少なくなる条件にて溶接する。即ち、本発明においては、裏当金のかかり量が小さくなり、溶け落ちが生じやすくなるときに、溶接電流を低下させるが、このとき、溶着金属の体積を一定に保持するに必要な溶接速度の低下はせずに、溶接速度の低下の程度は少ない。従って、溶着金属の量は低下する。なお、表１において、かかり量が小さい場合に、溶接速度が低下している。これは以下の理由による。自動溶接においては、通常、ワイヤ突き出し長さが一定であり、このとき、ワイヤ送給量は溶接電流の関数で表される。例えば、ワイヤ径が１．２ｍｍ、ワイヤ突き出し長さが２５ｍｍの場合、多少のバラツキがあるが、溶接電流が２００Ａのときワイヤ送給量は８ｍ／分程度、２５０Ａのとき１０ｍ／分程度、３００Ａのとき１３ｍ／分程度である。そして、溶着量（ｇ／ｃｍ）は、ワイヤ送給量（ｇ／分）／溶接速度（ｃｍ／分）×溶着効率（％）として算出される。従って、溶接速度単独でみれば、溶接速度が遅くなれば、溶着量は増えるが、本実施形態のように、かかり量が小さい場合に、溶接電流値を下げており、従って、ワイヤ送給速度も低下した場合に、溶着量は、溶接速度が低下しても、低下する場合がある。本実施形態は、このように、かかり量が小さい場合に、溶接電流を低減することにより、溶接速度は遅くなっても、溶着量を減少させるものである。
【００２８】
これにより、裏当金３のかかり量が小さい場合に、溶着金属の量が少なくなり、裏当金３の溶け落ちが防止される。また、溶接電流が低下すると、一般的にはエネルギが低下するため、溶け込みは浅くなる傾向になる。しかし、裏当金のかかりが浅い場合には、もともと熱容量が小さくなっているため、溶けやすい状態にあるといえる。また、溶接電流に対して溶接速度が速くなる（溶接金属量が減少する）とアークが出ている箇所に、溶けた金属が流れ込み難くなる。このため、アークは、裏当金、開先面及び立板（ダイアフラム側面）に直接あたりやすくなり、溶けやすくなる。これらの理由により、溶接電流を低下させても、必要な溶け込みが得られる。
【００２９】
なお、上述の如く、本発明においては、かかり量ｘに応じて、溶接条件をかかり量ｘが小さい場合に溶着金属量が少なくなるように、制御するが、これは、本溶接の溶接条件を示している。この場合において、溶接始端部及び終端部においては、その本溶接の溶接条件よりも異なるものとすることが好ましい。
【００３０】
溶接始端部及び溶接終端部とは、溶接線の端部から５乃至３０ｍｍの部分をいう。そして、これらの溶接始端部及び溶接終端部の間の部分が本溶接部である。この場合に、かかり量が６ｍｍ以下の場合には、溶接始端部の溶接電流を本溶接の溶接電流よりも５乃至２０Ａ高くすることが好ましい。初層溶接においては、必ずその継手の１パス目に相当するが、溶接始端部は、更にその継手に始めてアークを出す（熱を印加する）部分であり、母材温度が低い。このため、溶け落ちもしにくい代わりに、溶け込みも得にくい。従って、溶接始端部は定常部に比して、溶接電流を高めに設定する。
【００３１】
また、かかり量が６ｍｍ以下の場合に、溶接終端部の溶接電流を本溶接の溶接電流よりも５乃至２０Ａ低くすることが好ましい。この場合は、溶接始端部の場合と逆に、定常部の溶接により、母材の温度が上昇している。また、端部は熱が逃げにくいことから、溶け落ちしやすく、溶け込みも大きい。従って、溶接終端部については、溶接電流を定常部に比して低めに設定する。
【００３２】
なお、表１に示すように、ルートギャップが例えば３ｍｍと一定の場合ではなく、ルートギャップも変数として含める場合は、図９に示すように、裏当金のかかり量に対して溶接電流及び溶接速度を定めることができる。なお、溶接速度及び溶接電流が変化する範囲をハッチングにて示す。
【００３３】
なお、上記実施形態においては、かかり量を、センシング動作により求めているが、これに限らず、裏当金のかかり量ｘを作業員がパソコン２１に手入力することとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る溶接方法を示す開先部の模式図である。
【図２】仕口の突き合わせ溶接部の例を示す模式図である。
【図３】ダイアフラムと梁フランジとの間の開先に裏当金が設置されて、図１に示す開先を形成する場所の一例を示す斜視図で有る。
【図４】センシングにより食い違い量ｙを求める方法を示す図である。
【図５】自動溶接装置の制御方法を示すブロック図である。
【図６】裏当金かかり量と、溶接電流及び溶接速度の設定値との関係を示すグラフ図である。
【図７】溶着金属の体積一定の溶接方法と、本発明の裏当金かかり量に応じて溶接速度を変化させる方法とを比較して示すグラフ図である。
【図８】開先に供給された溶接金属の形状を模式的に示す斜視図である。
【図９】裏当金のかかりと溶接電流及び溶接電圧との関係を示すグラフ図である。
【図１０】従来の溶接方法において、補修溶接部を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
１：ダイアフラム
２：梁フランジ
３：裏当金
４：補修溶接部
【図１】
0005188026.tif 000003
【図２】
0005188026.tif 000004
【図３】
0005188026.tif 000005
【図４】
0005188026.tif 000006
【図５】
0005188026.tif 000007
【図６】
0005188026.tif 000008
【図７】
0005188026.tif 000009
【図８】
0005188026.tif 000010
【図９】
0005188026.tif 000011
【図１０】
0005188026.tif 000012